新疆伊宁县皮里青河滑坡成灾机理分析

魏云杰，邵 海，朱赛楠，黄 喆，王文沛，石爱军，庄茂国(中国地质环境监测院(国土资源部地质灾害应急技术指导中心)，北京 100081)

新疆伊宁县皮里青河滑坡成灾机理分析

魏云杰，邵 海，朱赛楠，黄 喆，王文沛，石爱军，庄茂国
(中国地质环境监测院(国土资源部地质灾害应急技术指导中心)，北京 100081)

2017年3月24日，受冰雪消融影响，新疆伊犁哈萨克自治州伊宁县喀拉亚尕奇乡喀拉亚尕奇村发生滑坡灾害，滑坡堵塞皮里青河，形成堰塞湖，未造成人员伤亡。通过现场调查分析和数值模拟，结果表明：(1)皮里青河滑坡成灾过程为：河流冲刷坡脚，前缘局部滑动→发生蠕滑-拉裂，坡体强烈变形→在冰雪融水入渗作用下发生整体滑动→堵塞河道，形成堰塞湖→堰塞体溃决；(2)因气温升高，冰雪消融入渗是滑坡形成的直接诱因，雪水入渗后并转化为地下水，黄土含水达到饱和，孔隙水压力增高，滑坡稳定性系数降低，在重力作用下发生整体高速下滑；(3)分析了新疆地区冰雪消融引起滑坡灾害链的成灾模式，为进一步科学地指导防灾减灾提供技术支撑。

黄土滑坡；冰雪消融；滑坡灾害链；成灾机理

2017年3月24日，新疆伊犁哈萨克自治州伊宁县喀拉亚尕奇乡喀拉亚尕奇村发生滑坡灾害，未造成人员伤亡。滑坡堵塞皮里青河，使断流处上游河水上涨,水位雍高1.0 m左右，形成堰塞湖，造成皮里青河北岸一农户的2 000 m2渔塘、农家乐、小型拖拉机、挖土机及数十颗果树被掩埋，直接经济损失20余万元。滑坡直接威胁2户6人、6间房屋的安全。

皮里青河滑坡为黄土层内滑坡。黄土在伊犁地区分布范围广泛，主要为第四系风积黄土，从山前平原、丘陵区开始，到中山-高山区均有分布，沿河流两岸分布较广。风积黄土结构疏松、构造孔隙大、湿陷性较强，力学性质较差，颗粒成分以粉粒为主, 均匀无层理，垂直节理发育，色调以灰黄到棕黄为主，风积黄土为滑坡发生创造了基本物质条件[1-2]。

伊犁地区的黄土粒度分析结果表明细粉砂和黏粒含量显著高于黄土高原和新疆其它地区的黄土。伊犁地区黄土0.005～0.05 mm粒组含量达到60%以上，具有一定的静态液化势，对雨水入渗作用敏感[3-4]。冰雪消融是导致该地区黄土滑坡的原因之一。冰雪消融及冻土融化入渗，增大坡体的动水压力和静水压力，对滑坡稳定不利，同时土体含水量增加，土体强度降低[5-8]。本文以皮里青河滑坡实例，在现场调查的基础上，对滑坡体特征、成灾机理进行深入分析，总结此类滑坡的成灾模式，为我国新疆黄土地区滑坡的科学防灾减灾和应急避险提供科学经验和理论依据。

1 研究区地质环境条件

研究区位于伊宁县喀拉亚尕奇乡喀拉亚尕奇村，滑坡点坐标为：北纬44°10′46.12″，东经81°31′7.41″，距伊宁县城50 km，属皮里青河流域，滑坡位于皮里青河西岸。

皮里青河滑坡区位于伊犁中间地块西北缘，属剥蚀堆积块状隆起山前黄土丘陵区地貌。黄土丘陵呈带状展布，受新构造运动影响被抬升而形成，主要分布于山前地带，海拔为900～1 600 m，相对高差50～100 m。在中、新生代地层之上常覆盖砾石和黄土。一般沿水流方向呈现为顶部平缓的梳状垄岗，植被较茂盛，局部低地有泉水出露易产生滑坡[9]。

滑坡区域属温带大陆性半干旱气候，昼夜温差明显。滑坡所在的伊宁县多年平均降雨量为257 mm(图1)，多年平均气温为8.4 ℃。据伊宁县多年逐月平均气温表，3月份平均气温由零下转为零上，至4月份平均气温约达12 ℃(图2)。

图1 伊宁县月平均降水量直方图Fig.1 The histogram of average monthly rainfall in Yining County

图2 伊宁县月平均气温直方图Fig.2 The histogram of monthly mean temperature in Yining County

滑坡区内水文地质条件较为简单，主要由赋存于第四系黄土层之中的孔隙水以及赋存于石炭系上统伊什基里克组凝灰岩裂隙中基岩裂隙水组成。地下水主要受冰雪融水、大气降水渗入补给，沿黄土的大孔隙和垂直节理由高处向低处径流，多以泉的形式排泄。

2 滑坡基本特征

2.1 滑坡形态特征

皮里青河滑坡平面形态呈舌形，坡度为37°，主滑方向32°。滑坡右侧边界以因土体下错形成的深沟为界，沟宽2 m，深约5 m，左侧以下错陡坎为界，陡坎高约5 m。滑坡周界明显，后缘右侧形成多条高约3 m的下错及陡坎，其上覆盖积雪，积雪厚约20 cm。滑坡中部最宽达96 m，前缘最窄为60 m，滑体最大纵长约175 m，面积约1.36×104m2，滑体厚度3～6 m，总体积约6.08×104m3。皮里青河滑坡最大滑动距离为107 m，滑坡滑动速度约为19.0 m/s，属高速滑坡[10-12](图3～图5)。

图3 皮里青河滑坡工程地质平面图Fig.3 Scheme of engineering geology of Piliqinghe landslide

图4 皮里青河滑坡全貌Fig.4 Bird′s-eye view of the Piliqinghe landslide

图5 滑坡工程地质I-I′剖面图(剖面方向32°)Fig.5 Engineering geology profile I-I′(the direction angle of profile is 32°)

根据在皮里青河获得的多年水文径流资料，丰水期(4～7月)平均流量为10.7 m3/s；枯水期(1～3月，8～12月)平均流量为2.9 m3/s。皮里青河水流量随季节变化明显，3～5月积雪消融形成春汛。皮里青滑坡发生时间为枯水期向丰水期变化时间，当天滑坡处河水流速测得2.6 m/s，流量为12 m3/s。

2.2 滑坡变形破坏特征

对比研究区2015年7月15日前Google Earth遥感影像及2017年3月28日无人机航拍影像(图6)，结果显示皮里青河滑坡分两次滑动。第一次滑动是2015年7月15日前，从遥感影像分析，滑坡已发生局部坍塌，并且能看到明显的圈椅状地形，后缘出现数条较小的裂缝。第二次滑动在2017年3月24日，皮里青河滑坡整体滑动，堆积体堵塞河道形成堰塞湖。滑坡后缘、左右侧边界均变形明显，滑坡体滑动后出现了滑坡壁、滑坡台阶、左右侧拉裂坎等现象。滑坡后缘右侧形成数条高约3 m的下错及陡坎。

图6 皮里青河滑坡两期遥感影像Fig.6 Multi-temporal remote sensing image of PiliqingheA.拍摄时间：2015年7月15日；B.拍摄时间：2017年3月28日 (A来自Google Earth遥感影像，B来自无人机航拍)

3 滑坡成灾机理分析

3.1 滑坡变形破坏机理

皮里青河滑坡形成及堵溃模式大致可概括为以下四个阶段：前缘局部滑动阶段→蠕滑-拉裂阶段→整体滑动阶段→堰塞湖溃决阶段(图7)。

(1)前缘局部滑动阶段：随着气温回升、冰雪消融，皮里青河水流流量剧增，流速增大，对河流两侧岸坡侵蚀作用加强，尤其对于河流转弯凹岸侧蚀作用更甚，掏蚀岸坡，滑坡前缘局部出现滑动(图7a)。

(2)蠕滑-拉裂阶段：滑坡前缘局部破坏临空，坡体支撑力减小。雪水下渗入坡体，土体中水分冻结，在冻胀作用下，坡体裂缝被增大，后缘出现拉裂缝，坡体表层出现剪切蠕变，在重力作用下发生蠕滑-拉裂破坏(图7b)。

(3)整体滑动阶段：冰雪融水大量下渗裂缝，滑坡上土体含水达到饱和，改变了原有土体结构的性质，造成土体内部摩擦力急剧减小；同时造成滑坡孔隙水压力增高，滑面力学强度降低，抗剪强度减小，滑坡高速下滑，堵塞皮里青河，使断流处上游河水上涨，水位雍高1 m左右，形成堰塞湖(图7c)。

(4)堰塞湖溃决阶段：水位不断雍高，库水推力不断增大，堰塞湖自然溃决(图7d)。

图7 滑坡体变形演化过程示意图Fig.7 Evolution process of the landslide

图8 滑坡体前缘沿滑面冰雪消融入渗现象Fig.8 Water phenomenon along the sliding surface in the leading edge of landslide

3.2 冰雪消融入渗对滑坡稳定性的影响

利用Geostudio中的SLOPE模块来研究皮里青河滑坡的稳定性。采用摩根斯坦—普赖斯法来分析冰雪消融入渗对滑坡稳定性的影响。

主要根据非饱和—饱和渗流数值模拟结果，得到滑坡体中暂态孔隙水压力情况，通过Slope/w模块来计算冰雪消融入渗对滑坡稳定性影响，采用摩根斯坦—普赖斯法来对滑坡稳定性开展研究，其中滑坡物理力学参数见表1。由前述滑坡机理分析可知，由于气温回升，冰雪消融下渗，坡体稳定性降低进而发生滑坡。根据滑坡区域气温资料(2017年3月1日～3月24日)，不同日期内的气温变化与滑坡稳定性之间的关系曲线见图9。

表1 滑坡体物理力学参数取值Table 1 Mechanical parameters of landslide rock

图9 滑坡稳定性系数、气温-日期关系曲线(2017.3.1～2017.3.24)Fig.9 Relationship curves of safety factor, temperature and date

据图9可知，在3月23日～24日气温回升至0 ℃以上，融雪入渗速度加快，坡体内的地下水位上涨，滑坡稳定性系数下降至0.909，发生失稳破坏。

4 结论与建议

(1)皮里青河滑坡形成及堵溃模式为：前缘局部滑动阶段→蠕滑-拉裂阶段→整体滑动阶段→堰塞湖溃决阶段。

(2)因气温回升，冰雪消融入渗是导致滑坡形成的直接因素，雪水入渗后并转化为地下水，滑坡上黄土含水达到饱和，孔隙水压力增高，滑坡稳定性系数逐渐降低，在重力作用下发生整体高速下滑。

(3)分析了新疆地区冰雪消融引起的高速滑坡、滑坡堵溃型链状灾害的成灾机理，为科学地指导此类灾害的防灾减灾提供依据。

通过现场调查和成灾机理研究，滑坡所在的皮里青河流域还存在大量类似的滑坡隐患。若遇每年3～5月份的冰雪消融季节或暴雨，还有暴发以及形成更大危害的可能性。因此，建议加强专业监测与群测群防相结合，降低类似灾害造成的风险。

感谢中国地质环境监测院(国土资源部地质灾害应急技术指导中心)殷跃平研究员的悉心指导，感谢项目组成员杨强、杨龙伟、杨星、王钊、王凯慧等研究生的帮助。感谢四川省核工业地质调查院、新疆地质环境监测院、伊犁州国土资源局、伊犁州地质环境监测站和伊宁县国土资源局在现场调查和资料收集过程中的大力支持。

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AnalysisofformationmechanismofPiliqinghelandslideinYiningCounty,XinjiangProvince

WEI Yunjie, SHAO Hai, ZHU Sainan, HUANG Zhe, WANG Wenpei, SHI Aijun, ZHUANG Maoguo

(ChinaInstituteofGeologicalEnvironmentMonitoring(TheMinistryofLandandResourcesofGeologicalDisastersEmergencyTechnicalGuidanceCenterChina),Beijing100081,China)

On March, 24,2017, affected by ice and snow melting, a landslide occurred in Kalayagaqi village Kalayagaqi town in Kazak Autonomous Prefecture of Yi in Xinjiang ,which blocked the Piliqing Riuer and formationed danmmed lake. At the same time, the landslide causd no casualties. On the basis of field investigation and simulation calculation, the conclusions are as follows:(1)The developing process of disaster on piliqinghe landslide involved of the following steps. First, the leading edge of landslide slipped because of the scour of the river. Second, sliding body wriggled. Third, what the trailing of landslide was ripped caused deformation of the slope. Fourth, the slope occurred the total motion under the infiltration of ice and snow melt water. Final, the landslide occurred and the burst of water pooled.(2)With the temperatures rising, Ice and snow melting and infiltration are the direct causes of landslide formation. At the same time, snow water infiltrated and converted into groundwater. So the water content of loess was saturated and pore water pressure increases. At the last, The stability coefficient of landslide decreases, and the landslide occurred at high speed under the action of gravity.(3)This paper analyses the hazard mode of collapses and landslide disaster chain caused by the effect of the seasonal snowpack melt in Xinjiang, and further guides disaster prevention and reduction scientifically by providing technical support.

loess landslide; ice and snow melt; collapses and landslide disaster chain; disaster mechanism

10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2017.04.04

P642.22

A

1003-8035(2017)04-0022-05

2017-06-08;

2017-06-27

中国地质调查局地质调查项目:新疆叶城-乌冯恰城区综合地质调查(DD20179609)

魏云杰(1973-)，男，博士，教授级高工，主要从事地质灾害、岩土工程等相关领域研究。E-mail：wyj1973@126.com